TWI811448B - 遮罩之形成方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種能夠提高圖案精度之遮罩之形成方法。 本發明之遮罩之形成方法具有如下步驟：於被加工物上形成感光性有機膜之步驟；藉由對上述感光性有機膜進行選擇性曝光及曝光後烘烤，於感光性有機膜上生成具有酸性官能基之第1區域及具有保護酸性官能基之保護基的第2區域之步驟；藉由使用氣相或固相之物質，使鹼性物質滲透至第1區域而於第1區域生成鹽之步驟；及使鹽溶解於顯影液而去除第1區域之步驟。

Description

遮罩之形成方法
本發明係關於一種遮罩之形成方法。
隨著半導體裝置之高積體化，半導體裝置之製造中所使用之抗蝕劑遮罩上所形成之圖案不斷微細化。圖案越微細，越要求較高之精度。例如，揭示有如下之方法：為了抑制由於曝光環境即空氣中所產生的酸之觸媒反應所引起的抗蝕劑表面之缺陷，於曝光後烘烤之前使鹼性物質滲透至抗蝕劑表面(專利文獻1)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2000-131854號公報
[發明所欲解決之問題]
本發明提供一種能夠提高圖案精度之遮罩之形成方法。 [解決問題之技術手段]
本發明之一態樣之遮罩之形成方法具有如下步驟：於被加工物上形成感光性有機膜之步驟；藉由對上述感光性有機膜進行選擇性曝光及曝光後烘烤，於上述感光性有機膜生成具有酸性官能基的第1區域、及具有保護上述酸性官能基之保護基的第2區域之步驟；使用氣相或固相之物質，使鹼性物質滲透至上述第1區域，從而於上述第1區域生成鹽之步驟；及使上述鹽溶解於顯影液，去除上述第1區域之步驟。 [發明之效果]
根據本發明，能夠提高圖案之精度。
以下，參考附圖而對實施形態加以具體說明。再者，於本說明書及附圖中，關於實質上具有相同功能構成之構成元件，有時會藉由標註相同符號而省略重複說明。
(參考例) 首先，對參考例加以說明。圖1係表示遮罩之形成方法的參考例之流程圖。
參考例具有形成光阻膜之步驟(步驟S901)、對光阻膜進行曝光之步驟(步驟S902)、進行曝光後烘烤(Post Exposure Bake：PEB)之步驟(步驟S903)、及使光阻膜顯影之步驟(步驟S904)。
以下，對各步驟進行具體說明。圖2～圖3係表示參考例之光阻膜的結構式變化之圖。
於步驟S901中，於被加工物上形成光阻膜。於參考例中，使用正型光阻膜作為光阻膜。光阻膜例如包含基礎樹脂及光酸產生劑(Photo Acid Generator：PAG)，基礎樹脂如圖2(a)所示地具有極性較低之保護基。保護基例如係內酯基或金剛烷基或者該等兩者。
於步驟S902中，使用曝光遮罩對光阻膜進行選擇性曝光。即，對光阻膜選擇性照射曝光之光。其結果，於光阻膜上形成曝光區域，且未曝光區域殘存。由於光阻膜為正型，故於曝光區域中，光酸產生劑分解而產生酸。
於步驟S903中，進行光阻膜之曝光後烘烤。藉由曝光後烘烤，使酸於曝光區域中擴散，如圖2(b)所示地進行光阻膜中所含之基礎樹脂之去保護。其結果，於曝光區域中，如圖2(c)所示，基礎樹脂被去保護而生成羧基。
於步驟S904中進行光阻膜之顯影。於該顯影中，例如如圖3(a)所示，使用氫氧化四甲基銨(Tetramethyl ammonium：TMAH)水溶液作為顯影液。
一般而言，進行了去保護之光阻膜因其極性較高，故認為其可溶於TMAH水溶液中。然而，進行了去保護之光阻膜難以直接溶於TMAH水溶液中，實際上如圖3(b)所示，於進行了去保護之光阻膜與TMAH水溶液之間形成光阻膜之羧基與[(CH3 )4 N]+ 之鹽。繼而，如圖3(c)所示，鹽溶解於水中並離子化，從而使進行了去保護之光阻膜可溶於水。
此處，參照模式圖而對參考例之光阻膜的分解過程加以說明。圖4～圖5係表示參考例之光阻膜之內部變化之模式圖。圖6係表示參考例之光阻膜的分解過程之模式圖。圖7係表示參考例之曝光區域之去除過程之剖視圖。
如圖4(a)及圖6(a)所示，光阻膜902由複數個分子鏈922交聯構成，光阻膜902中包含分子鏈922之凝集部923。又，於曝光前之階段，分子鏈922具有保護基924。若進行曝光，則如圖4(b)所示地於曝光區域中，對基礎樹脂進行去保護而生成羧基等去保護基925。
於其後之顯影中，如圖5(a)所示地藉由去保護基925與TMAH水溶液926之反應而生成鹽927。然而，鹽927容易生成於凝集部923之表面，另一方面，於凝集部923之內部卻難以生成鹽927。繼而，如圖5(b)所示，所生成之鹽927溶解於TMAH水溶液926之水928中。因此，如圖6(b)所示，一部分凝集部923於其內部生成鹽927之前，以塊狀之形態被去除。
因此，於顯影時，如圖7(a)所示，於被加工物901上所形成之光阻膜902中，塊狀之凝集部923自曝光區域904脫離，結果，如圖7(b)所示地於未曝光區域905之側面形成較大之凹凸。由於此種理由，根據參考例所形成之遮罩900之圖案之精度會變低。尤其是於線與間隙(L/S)之圖案中，LER(Line Edge Roughness，線邊緣粗糙度)容易變大。又，塊狀凝集部923脫離之結果是亦會產生浮沫。
(第1實施形態) 其次，對第1實施形態加以說明。圖8係表示第1實施形態之遮罩之形成方法之流程圖。
第1實施形態之遮罩之形成方法具有形成光阻膜之步驟(步驟S101)、對光阻膜進行曝光之步驟(步驟S102)、及進行曝光後烘烤之步驟(步驟S103)。第1實施形態之遮罩之形成方法進而具有將光阻膜暴露於鹼性氣體之步驟(步驟S104)、及使光阻膜顯影之步驟(步驟S105)。
以下，對各步驟加以具體說明。圖9～圖10係表示第1實施形態之遮罩之形成方法之剖視圖。圖11係表示第1實施形態之光阻膜的結構式變化之圖。
於步驟S101中，如圖9(a)所示地於被加工物101上形成光阻膜102。於第1實施形態中，光阻膜102使用正型之光阻膜。光阻膜102藉由例如KrF抗蝕劑、ArF抗蝕劑、極紫外線(Extreme Ultra Violet：EUV)抗蝕劑等化學增幅型光阻劑形成。光阻膜102與參考例中所使用之光阻膜同樣，例如包含基礎樹脂及光酸產生劑，且基礎樹脂具有極性較低之保護基(參見圖2(a))。保護基例如係內酯基或金剛烷基或者該等兩者。例如，光阻膜102可利用旋轉塗佈法而形成。光阻膜102係感光性有機膜之一例。
於步驟S102中，如圖9(b)所示地使用曝光遮罩110對光阻膜102進行選擇性曝光。即，對光阻膜102選擇性照射曝光之光111。其結果，於光阻膜102上形成曝光區域104，且未曝光區域105殘存。由於光阻膜102為正型，故於曝光區域104中，光酸產生劑分解而產生酸。用以曝光之光源根據光阻膜102之材料而定，例如為KrF準分子雷射(波長248 nm)、ArF準分子雷射(波長193 nm)、EUV準分子雷射(波長13.5 nm)。
於步驟S103中，如圖9(c)所示地賦予熱112而進行光阻膜102之曝光後烘烤。於曝光後烘烤中，藉由將光阻膜102加熱至例如100℃～150℃之溫度，使酸於曝光區域104中擴散，進行光阻膜102所含之基礎樹脂之去保護(參見圖2(b))。其結果，於曝光區域104中，基礎樹脂被去保護而生成羧基(參見圖2(c))。曝光區域104係具有酸性官能基之第1區域之一例，未曝光區域105係具有保護酸性官能基之保護基的第2區域之一例。
於步驟S104中，如圖10(a)所示地將光阻膜102暴露於鹼性氣體113中。例如，鹼性氣體113可使用氨、甲胺、乙胺、𠰌啉或吡啶或者該等之任意組合的氣體。鹼性氣體113所含之鹼性物質至少可滲透至曝光區域104，如圖11(a)所示地使用氨作為鹼性氣體之情形時，如圖11(b)所示，生成進行了去保護之光阻膜102之羧基與氨反應而成之銨鹽。該銨鹽可溶於水，但因其周圍並不存在水，故銨鹽仍維持為固體。如此般，如圖10(b)所示地獲得曝光區域104成為水溶性區域104A之固體光阻膜102A。
於步驟S105中，進行光阻膜102A之顯影。於該顯影中，例如使用水作為顯影液。顯影之結果如圖10(c)所示，使未曝光區域105殘存而去除水溶性區域104A(曝光區域104)。
如此操作，可形成遮罩100。
此處，參照模式圖對第1實施形態之光阻膜102之分解過程加以說明。圖12～圖13係表示第1實施形態之光阻膜102之內部變化之模式圖。圖14係表示第1實施形態之光阻膜之分解過程之模式圖。圖15係表示第1實施形態之曝光區域之去除過程之剖視圖。
如圖12(a)及圖14(a)所示，光阻膜102由複數個分子鏈122交聯構成，光阻膜102中包含分子鏈122之凝集部123。又，於曝光前之階段，分子鏈122具有保護基124。若進行曝光，則如圖12(b)所示地於曝光區域104中，對基礎樹脂進行去保護而生成去保護基，於此處生成羧基125。
其後，由於光阻膜102暴露於鹼性氣體113中，鹼性氣體113所含之鹼性物質至少滲透至曝光區域104，如圖13(a)所示，藉由羧基125與鹼性物質之反應而生成鹽127。因該反應於水外進行，故不會產生鹽127溶解於水中之情況，即便於凝集部123之內部，亦可使羧基125與鹼性物質充分反應而生成鹽127。
繼而，於顯影時，如圖13(b)及圖14(b)所示，於整個水溶性區域104A(曝光區域104)中，鹽127溶解於水128，使凝集部123散開，從而去除水溶性區域104A。
因此，如圖15(a)所示，細小之分子鏈122自水溶性區域104A(曝光區域104)脫離，結果如圖15(b)所示，未曝光區域105之側面之凹凸變為極小者。如此，根據第1實施形態，可形成以高精度轉印曝光遮罩110而成之遮罩100。尤其是於線與間隙之圖案中，能夠將LER抑制得較小。又，亦能夠抑制浮沫之產生。
該效果於使用EUV作為曝光之光而形成微細圖案之遮罩之情形時尤其顯著。其原因在於，於未曝光區域105之側面之粗糙度相同之情形時，圖案越微細，相對而言粗糙度之影響越大。因此，本實施形態對於使用EUV形成微細圖案之遮罩而言極為有效。
再者，步驟S104中之光阻膜102暴露於鹼性氣體113中之操作較佳為於包含水蒸氣之環境中進行。其原因在於，水亦會滲透至曝光區域104中，從而促進曝光區域104中鹼性物質之水解。
(第2實施形態) 其次，對第2實施形態加以說明。圖16係表示第2實施形態之遮罩之形成方法的流程圖。
第2實施形態之遮罩之形成方法具有：形成光阻膜之步驟(步驟S101)、對光阻膜進行曝光之步驟(步驟S102)、及進行曝光後烘烤之步驟(步驟S103)。第2實施形態之遮罩之形成方法進而具有：將光阻膜暴露於水蒸氣環境中之步驟(步驟S201)、將光阻膜暴露於鹼性氣體中之步驟(步驟S104)、及使光阻膜顯影之步驟(步驟S105)。
以下，對各步驟進行具體說明。
於步驟S101～S103中，與第1實施形態同樣地進行光阻膜102之形成、曝光、及曝光後烘烤(參見圖9(a)～(c))。
於步驟S201中，將光阻膜102暴露於水蒸氣環境中。藉由將光阻膜102暴露於水蒸氣環境中，水至少會滲透至曝光區域104。
於步驟S104中，與第1實施形態同樣地將光阻膜102暴露於鹼性氣體113中(參見圖10(a)～(b))。其結果與第1實施形態同樣地獲得曝光區域104成為水溶性區域104A之固體光阻膜102A。於本實施形態中，因在暴露於鹼性氣體113中之前，水滲透至曝光區域104，故而會促進曝光區域104中鹼性物質之水解。因此，可更加確實地使曝光區域104成為水溶性區域104A。
步驟S201及S104之處理需進行特定次數。(步驟S202)。特定次數可為1次，亦可為2次。
於步驟S105中，與第1實施形態同樣地進行光阻膜102A之顯影(參見圖10(c))。
如此操作，可形成遮罩100。
根據第2實施形態，如上所述地藉由使水滲透至曝光區域104而促進鹼性物質之水解，故可更加確實地使曝光區域104成為水溶性區域104A。因此，可形成精度更高之遮罩100。
(第3實施形態) 其次，對第3實施形態進行說明。圖17係表示第3實施形態之遮罩之形成方法的流程圖。
第3實施形態之遮罩之形成方法具有：形成光阻膜之步驟(步驟S101)、對光阻膜進行曝光之步驟(步驟S102)、及進行曝光後烘烤之步驟(步驟S103)。第3實施形態之遮罩之形成方法進而具有：將光阻膜暴露於鹼性氣體中之步驟(步驟S104)、將光阻膜暴露於水蒸氣環境中之步驟(步驟S301)、及使光阻膜顯影之步驟(步驟S105)。
以下，就各步驟進行具體說明。
於步驟S101～S104中，與第1實施形態同樣地進行光阻膜102之形成、曝光、曝光後烘烤、及暴露於鹼性氣體113中(參見圖9(a)～圖10(b))。
於步驟S301中，將光阻膜102暴露於水蒸氣環境中。於步驟S104中，鹼性氣體113所含之鹼性物質滲透至曝光區域104時，藉由將光阻膜102暴露於水蒸氣環境中，水會滲透至曝光區域104，從而促進鹼性物質之水解。因此，可更加確實地使曝光區域104成為水溶性區域104A。
於步驟S105中，與第1實施形態同樣地進行光阻膜102A之顯影(參見圖10(c))。
如此操作，可形成遮罩100。
根據第3實施形態，如上所述地藉由使水滲透至曝光區域104而促進鹼性物質之水解，從而能夠更加確實地使曝光區域104成為水溶性區域104A。因此，能夠形成更高精度之遮罩100。
(第4實施形態) 其次，對第4實施形態進行說明。圖18係表示第4實施形態之遮罩之形成方法的流程圖。
第4實施形態之遮罩之形成方法具有：形成光阻膜之步驟(步驟S101)、對光阻膜進行曝光之步驟(步驟S102)、及進行曝光後烘烤之步驟(步驟S103)。第1實施形態之遮罩之形成方法進而具有：於光阻膜上形成含有鹼性物質之膜之步驟(步驟S401)、對含有鹼性物質之膜進行加熱之步驟(步驟S402)、及使光阻膜顯影之步驟(步驟S105)。
以下，對各步驟進行具體說明。圖19係表示第4實施形態之遮罩之形成方法的剖視圖。
於步驟S101～S103中，與第1實施形態同樣地進行光阻膜102之形成、曝光、及曝光後烘烤(參見圖9(c))。
於步驟S401中，如圖19(a)所示，於光阻膜102上形成含有鹼性物質之膜141。作為膜141，例如可使用使鹼性物質，例如氨、甲胺、乙胺、𠰌啉或者吡啶或該等之任意組合溶解於聚乙烯醇(PVA)等水溶性聚合物中而成之樹脂膜。
於步驟S402中，對膜141進行加熱。藉由對膜141進行加熱，膜141所含之鹼性物質至少滲透至曝光區域104，進行了去保護之光阻膜102之羧基與鹼性物質反應而生成銨鹽等鹽。該鹽可溶於水，但因其周圍並不存在水，故鹽仍維持為固體。如此操作，如圖19(b)所示地獲得曝光區域104成為水溶性區域104A之固體光阻膜102A。
於步驟S105中，如圖19(c)所示，與第1實施形態同樣地進行光阻膜102A之顯影。
如此操作，可形成遮罩100。
即便根據第4實施形態，亦可與第1實施形態同樣地形成以高精度轉印曝光遮罩110之圖案而成之遮罩100。
再者，於各實施形態中，顯影液可使用TMAH等鹼性水溶液。
以上，對較佳之實施形態等進行了詳細說明，但並不限制於上述實施形態等，可於不脫離申請專利範圍所記載之範圍之情況下，對上述實施形態等實施各種變形及置換。
100:遮罩 101:被加工物 102、102A:光阻膜 104:曝光區域 104A:水溶性區域 105:未曝光區域 110:曝光遮罩 111:曝光之光 112:熱 113:鹼性氣體 122:分子鏈 123:凝集部 124:保護基 125:羧基 127:鹽 128:水 141:膜 900:遮罩 901:被加工物 902:光阻膜 904:曝光區域 905:未曝光區域 922:分子鏈 923:凝集部 924:保護基 925:去保護基 926:TMAH水溶液 927:鹽 928:水
圖1係表示遮罩之形成方法的參考例之流程圖。 圖2(a)～(c)係表示參考例之光阻膜的結構式變化之圖(其1)。 圖3(a)～(c)係表示參考例之光阻膜的結構式變化之圖(其2)。 圖4(a)、(b)係表示參考例之光阻膜的內部變化之模式圖(其1)。 圖5(a)、(b)係表示參考例之光阻膜的內部變化之模式圖(其2)。 圖6(a)、(b)係表示參考例之光阻膜的分解過程之模式圖。 圖7(a)、(b)係表示參考例之曝光區域的去除過程之剖視圖。 圖8係表示第1實施形態之遮罩之形成方法之流程圖。 圖9(a)～(c)係表示第1實施形態之遮罩之形成方法之剖視圖(其1)。 圖10(a)～(c)係表示第1實施形態之遮罩之形成方法之剖視圖(其2)。 圖11(a)～(c)係表示第1實施形態之光阻膜的結構式變化之圖。 圖12(a)、(b)係表示第1實施形態之光阻膜的內部變化之模式圖(其1)。 圖13(a)、(b)係表示第1實施形態之光阻膜的內部變化之模式圖(其2)。 圖14(a)、(b)係表示第1實施形態之光阻膜的分解過程之模式圖。 圖15(a)、(b)係表示第1實施形態之曝光區域的去除過程之剖視圖。 圖16係表示第2實施形態之遮罩之形成方法之流程圖。 圖17係表示第3實施形態之遮罩之形成方法之流程圖。 圖18係表示第4實施形態之遮罩之形成方法之流程圖。 圖19(a)～(c)係表示第4實施形態之遮罩之形成方法之剖視圖。

Claims (7)

  1. 一種遮罩之形成方法，其具有如下步驟：於被加工物上形成感光性有機膜之步驟；藉由對上述感光性有機膜進行選擇性曝光及曝光後烘烤，於上述感光性有機膜生成具有酸性官能基之第1區域、及具有保護上述酸性官能基之保護基的第2區域之步驟；使用氣相或固相之物質，使鹼性物質滲透至上述第1區域而於上述第1區域生成鹽之步驟；及使上述鹽溶解於顯影液而去除上述第1區域之步驟。
  2. 如請求項1之遮罩之形成方法，其中於使上述鹼性物質滲透至上述第1區域時，將上述感光性有機膜暴露於鹼性氣體中。
  3. 如請求項2之遮罩之形成方法，其中於生成上述第1區域及上述第2區域之步驟與去除上述第1區域之步驟之間，具有將上述感光性有機膜暴露於水蒸氣環境中之步驟。
  4. 如請求項1之遮罩之形成方法，其中於使上述鹼性物質滲透至上述第1區域時，於上述感光性有機膜上形成含有上述鹼性物質之膜，藉由加熱使上述鹼性物質自上述膜滲透至上述第1區域。
  5. 如請求項1至4中任一項之遮罩之形成方法，其中於對上述感光性有 機膜進行選擇性曝光時，對上述感光性有機膜照射極紫外線。
  6. 如請求項1至4中任一項之遮罩之形成方法，其中上述鹼性物質係氨、甲胺、乙胺、
    Figure 108132702-A0305-02-0018-1
    啉或者吡啶或該等之任意組合。
  7. 如請求項1至4中任一項之遮罩之形成方法，其中使用水或鹼性水溶液作為上述顯影液。
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